地埋管地源热泵系统长期运行对换热区域地温场影响分析

张华, 郝术仁, 刘丽虹, 董吴军, 程彤, 胡慧娟. 地埋管地源热泵系统长期运行对换热区域地温场影响分析[J]. 地质与资源, 2025, 34(2): 246-254. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2025.02.012
引用本文: 张华, 郝术仁, 刘丽虹, 董吴军, 程彤, 胡慧娟. 地埋管地源热泵系统长期运行对换热区域地温场影响分析[J]. 地质与资源, 2025, 34(2): 246-254. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2025.02.012
ZHANG Hua, HAO Shu-ren, LIU Li-hong, DONG Wu-jun, CHENG Tong, HU Hui-juan. Influence of long-term operation of ground source heat pump on geothermal field in heat transfer area[J]. Geology and Resources, 2025, 34(2): 246-254. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2025.02.012
Citation: ZHANG Hua, HAO Shu-ren, LIU Li-hong, DONG Wu-jun, CHENG Tong, HU Hui-juan. Influence of long-term operation of ground source heat pump on geothermal field in heat transfer area[J]. Geology and Resources, 2025, 34(2): 246-254. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2025.02.012

地埋管地源热泵系统长期运行对换热区域地温场影响分析

  • 基金项目:
    江西省地质局科研项目“江西省浅层地热能高效开发利用关键技术研究”(20222A01)
详细信息
    作者简介: 张华(1984—),男,高级工程师,主要从事水文地质、浅层地热能、岩土工程等研究,通信地址 江西省南昌市昌东高校园区紫阳大道169号,E-mail//99445943@qq.com
    通讯作者: 郝术仁(1987—),男,讲师,主要从事边坡稳定性及岩土热力学、浅层地热能、固-液-气三相介质热-水-力多场耦合等方面研究,通信地址 江西省南昌市广兰大道418号,E-mail//540668136@qq.com
  • 中图分类号: P314.3

Influence of long-term operation of ground source heat pump on geothermal field in heat transfer area

More Information
  • 为了研究夏热冬冷地区地埋管地源热泵系统长期运行对换热区域地温场的影响,以南昌市某建筑地埋管地源热泵工程为例,对该示范工程4年间换热区域内外地温场变化特征和冷热堆积进行分析. 该工程设置了7个温度监测孔,分别在地埋管孔群中央以及周边由近及远不同距离对该系统运行4年间地埋管换热区域地温场进行了全面的监测. 分析结果表明:本地源热泵工程持续运行4年间,地埋管换热区域内外地温均随热泵运行呈现周期性变化;地温在垂向上随深度增加而增大,变化幅度逐渐减小;径向上,地埋管换热区周围地温波动随着远离地埋管呈现逐渐减小的趋势;该地源热泵系统持续运行4年中,地埋管孔群换热的热影响半径在3~6 m之间;系统持续运行4年后,孔群边界平均地温仅升高0.13 ℃,热堆积现象不明显. 该分析结果可为地埋管换热孔场地设计提供依据.

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  • 图 1  地埋管及地温监测孔平面布置图

    Figure 1. 

    图 2  温度传感器竖向布置图

    Figure 2. 

    图 3  17#~20#地温监测孔不同深度各测点温度随时间变化曲线

    Figure 3. 

    图 4  17#~20#地温监测孔月平均温度随深度变化曲线

    Figure 4. 

    图 5  不同月份地温沿换热区域径向变化曲线

    Figure 5. 

    图 6  地温随制冷季和供暖季变化曲线

    Figure 6. 

    表 1  研究区地层特征

    Table 1.  Stratigraphic characteristics of the study area

    序号 土层名称 层底深度/m 厚度/m
    1 填土 0.7 0.7
    2 粉质黏土 9.7 9.0
    3 细砂 15.9 6.2
    4 中砂 17.7 1.8
    5 粗砂 23.7 6.0
    6 砾砂 29.2 5.5
    7 圆砾 36.6 7.4
    8 强风化泥质粉砂岩 38.1 1.5
    9 中风化泥质粉砂岩 48 9.9
    10 微风化泥质粉砂岩 101.3 53.3
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    表 2  各测试孔岩土体热物性参数统计结果

    Table 2.  Statistics of thermophysical parameters of rock-soil body in test holes

    测试孔编号 设定功率/kW 单位延米换热量/(W/m) 拟合系数k 岩土体导热系数/(W·m-1·K-1 单位深度钻孔总热阻/(m2·K/W) 热扩散率/(m2/d)
    13号 3 32.54 1.0997 2.36 0.209 0.065
    6 63.65 2.0142 2.52 0.196 0.069
    2号 3 28.32 1.1564 1.95 0.234 0.054
    6 58.20 2.1611 2.14 0.215 0.059
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    表 3  17#监测孔运行一年后各深度处温度变化

    Table 3.  Temperature changes at different depths after one-year operation of No. 17 monitoring hole

    深度/m 20 30 40 60 70 80 90 100
    初始温度/℃ 19.46 18.64 18.4 20.8 20.8 16.38 20.28 14.38
    温度/℃ 19.63 19.05 18.4 20.9 20.9 16.18 20.37 15.48
    温差/℃ 0.17 0.41 0 0.1 0.1 -0.2 0.09 1.1
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    表 4  各监测孔2017—2021各年度6月上旬平均温度及温度变化

    Table 4.  Average temperatures and variation of monitoring holes in early June during 2017-2021

    监测 T1 T2 T3 T4 T5 T2-T1 T3-T1 T4-T1 T5-T1
    18 20.82 20.77 20.76 20.88 20.88 -0.05 -0.06 0.06 0.07
    19 20.85 20.84 20.96 21.08 21.08 -0.01 0.10 0.23 0.23
    20 20.81 20.84 20.86 20.88 20.91 0.03 0.05 0.07 0.10
    平均值 20.83 20.82 20.86 20.95 20.96 -0.01 0.03 0.12 0.13
    注:T1T2T3T4T5分别代表2017、2018、2019、2020、2021年温度. 温度单位:℃.
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出版历程
收稿日期:  2022-12-02
修回日期:  2024-01-17
刊出日期:  2025-04-25

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